一、设计内容(研究对象)及研究意义(价值)

1、设计内容

本设计为“基于RS-485总线的开关量采集模块设计”， 设计的主要内容包括以下几个方面：

（1）开关量采集模块电源的选择和设计。

（2）设计单片机基本系统，使系统具有参数存储等功能。

（3）设计RS－485接口电路。按设计要求，选择的接口芯片应具有允许连接128个收发器及以上的负载能力。

（4）设计开关量采集模块接口电路。按设计要求，可采集16路开关量信号。

（5）编写开关量采集模块的软件。

2、研究意义

RS－485是现在使用十分广泛的一种布网方式。随着数字技术的发展和计算机日益广泛的应用，现在一个系统往往由多台计算机或测控点组成，需要解决多站、远距离通信的问题。在要求通信距离为几十米到上千米时，广泛采用RS-485收发器。RS-485收发器采用平衡发送和差分接收，因此具有抑制共模干扰的能力，加上接收器具有高的灵敏度，能检测低达200mV的电压，故传输信号能在千米以外得到恢复。使用RS－485总线，一对双绞线就能实现多站联网，构成分布式系统，设备简单、价格低廉、能进行长距离通信的优点使其得到了广泛的应用。

RS－485支持半双工通信模式。网络拓扑一般采用终端匹配的总线型结构，不支持环形或星形网络，最好采用一条总线将各个节点串接起来。从总线到每个节点的引出线长度应尽量短，以便使引出线中的反射信号对总线信号的影响最低。

开关量的采集是数字测控系统中的一项重要内容。本课题的目的是学习RS－485总线的传输特性，研究其硬件构成、软件设计以及基于RS－485总线的开关量采集模块设计。通过设计，建立一种基于RS－485总线的单片机测控系统的开关量采集模块的基本硬件架构和软件模式。另外，设计涉及单片机原理、计算机控制技术等多方面内容，对培养我们创新精神和实践动手能力具有重要意义。

二、设计（论文）现状和发展趋势（文献综述）：

RS-485接口芯片已广泛应用于工业控制、仪器、仪表、多媒体网络、机电一体化产品等诸多领域。可用于RS-485接口的芯片种类也越来越多。如何在种类繁多的接口芯片中找到最合适的芯片，是摆在每一个使用者面前的一个问题。RS-485接口在不同的使用场合，对芯片的要求和使用方法也有所不同。使用者在芯片的选型和电路的设计上应考虑哪些因素，由于某些芯片的固有特性，通信中有些故障甚至还需要在软件上作相应调整，如此等等。文献[12]对解决RS-485接口的某些常见问题给出了详细介绍。

文献[11]详细介绍RS-485/422原理与区别、元件选择、参考电路、通讯规约、程序设计等方面的应用要点，以及在产品实践中总结出的一些经验、窍门。

文献[5]介绍了分布式系统中采用开关量数据采集器所遇到的几个实际问题及其处理方法，包括事件的有效性判别、抖动的消除以及全局性事件序列等。

文献[6]介绍了用51内核单片机(P80C592)实现带双网口(CAN网口、以太网网口)的开关量采集模块的硬件设计，并叙述了软件流程。

文献[7]针对变电站监控系统的开关量采集电路存在的问题进行了定性和定量分析，并提出了改进措施。

文献[8]介绍了一种巨型开关量数据采集的实用电路，阐述了电路原理，同时也介绍了相关的背景知识，以及STD总线。

文献[9]对机电控制系统开关量输入的抗干扰问题进行了研究，根据开关抖动过程的特点，介绍了RC延时、整形及专用集成器件三种抑制抖动干扰的硬件电路的设计及其应用。

文献[10]论述了谷物干燥机自动检测系统中料位、电机起停等开关量的采集与控制单元的工作过程、性能和特点，并介绍了以8032单片机为核心的硬件电路图。

三、设计（论文）的重点与难点，拟采用的途径（研究手段）：

本次设计的重点和难点主要有三个：

1．开关量采集部分的设计是本次设计的重点，要考虑信号采集的可靠性。

2．RS-485总线的接口电路设计要充分考虑通信的可靠性，也是本次设计的重点

3．软件的编写是本次设计的重点和难点。编程一向是我做设计的难点所在，但我会尽自己的全力，争取做好。

本设计的基本原理框图如下：

图1 基于RS-485总线的开关量采集模块设计的原理框图

毕业设计是我们大学生涯最后的、最重要也是工作量最大的一个设计，为了能更好地完成毕业设计，我把整个设计分为以下几个步骤:

1．根据设计任务书的要求，查阅设计资料，选择器件，确定硬件方案。

2．用Protel 99 SE画出原理图和PCB图。

3．实际动手做出实物。

4．编写并调试程序。

5．撰写论文。

首先在整个设计过程中，导师提供的设计思路和自己的构思是最重要的，这是最基本的原则。

其次由于水平和掌握的知识有限，查阅书本和网络上一些相关内容及设计是必需的。但在使用书本和网络上的东西时，必须要将其完全掌握，使之成为自己的东西，不然和抄袭无异。

最后要多和同组同学，以及一些设计经验比较丰富的同学多交流、多讨论、多向他们学习。

四、设计（论文）进度计划：

表1 论文进度计划

五、主要参考文献：

[1]李广弟，朱月秀，王秀山.单片机基础[M].北京：北京航空航天大学出版社，2005.

[2]蔡忠勇.现场总线产品手册[M].北京:机械工业出版社.2004.

[3]阳宪惠.现场总线技术及其应用[M].北京:机械工业出版社.2006.

[4]虞日跃,史洪源.RS-485总线的理论与实践［J］.电子技术应用，2001，11期.55-57

[5]余向军.布式开关量数据采集器的实际应用［J］.测控技术，2003年，22（6）.64-67

[6]胡姣娥. 带双网口的开关量采集模块的设计与实现［J］. 中国海洋平台，2007，22（2）.51-54

[7] 唐广瑜.开关量采集的抗干扰问题及解决方法［J］.计算机应用，1999年.19（7）.61-62

[8]杨周琴.巨型开关量数据采集电路的设计[J].山西机械，2002年.117.19-22

[9]翁绍捷，袁涛.机电控制系统开关量输入的抗干扰[J].电工技术杂志，

2003年第一期.10-12

[10]柴玉华，房俊龙，范永存.谷物干燥机自动检测系统开关量的采集与控制[J].农机化研究，2002年5月.58-59

[11]广州周立功单片机发展有限公司.RS－485选型及应用指南［EB/OL］. http://www.zlgmcu.com/Sipex/guide/RS-485_guide.pdf. , 2007-10

[12]葛亚平.RS-485接口芯片介绍及应用中的有关问题［EB/OL］. http://zidonghua.com.cn/apply/detail.asp?id=1492. 2007-10